3Dプリンターについて

3Dプリンターで大規模建設が可能に！

2024/07/23

3Dプリンター技術が建設分野で革新をもたらし、大型建築物の建設が可能になっています。サウジアラビアでは3階建てのスマートホームヴィラ、フロリダ州では豪華な厩舎が3Dプリントで造形されました。

また、日本では橋梁の基礎部分などの型枠を業務用3Dプリントする試験が行われています。これらの技術は建設業界の効率化を促進し、工期短縮やコスト削減に寄与しています。

しかし、耐震性や耐火性など建築基準法を満たす課題もあり、日本では建築基準法に基づく国土交通大臣の認定を取得した構造物の登場が進んでいます。

3Dプリンターで大型建築物が実現

業務用の3Dプリンター技術が進化し、建設分野での大規模な応用が実現しています。特にサウジアラビアや日本では、スマートホームヴィラや橋梁構造物の基礎部分など、従来の工法では難しかった大規模建築物の建設に成功しています。

◇3Dプリンターで造形された大規模建築物

サウジアラビアでは、3Dプリンターで造形された大規模な建築物として、3階建てのスマートホームヴィラが建設されました。

このプロジェクトには3Dプリンターが使用され、地元産の材料を99%使用した3Dプリント可能なコンクリートですべての壁が造形されています。建物の面積は345m²、全高は9.9mで、現場で3Dプリントされた建築物として世界で最も高いものです。

他にも、フロリダ州ウェリントンでは世界最大の3Dプリント建築として豪華な厩舎が完成しました。この厩舎は住宅でも学校でもオフィスでもなく、馬の施設です。このプロジェクトは3Dプリント技術の新たな応用例として注目されています。

3Dプリント技術を支持する人々は、この技術が住宅危機を迅速に解決できると期待していますが、今回はその利点が馬のための施設に活かされることになりました。

◇日本では橋梁の構造物に活用

日本では、集水升などの小型構造物を3Dプリンターで製作してきましたが、次のステップとして重要構造物の基礎部分の型枠製作に取り組んでいます。

高知県安芸市で阿南安芸自動車道安芸道路の試験施工が行われ、型枠を3Dプリンターで製作したパネルで代替しました。この方法は工期短縮と廃棄物削減に寄与しています。

国内の建設業界では高齢化と担い手不足が課題となっており、3Dプリンターは生産性向上のツールとして注目されています。

3Dプリンターで造形した建物の課題

業務用の3Dプリンターで造形した建物には多くのメリットがありますが、課題もいくつかあります。特に日本では、耐震性や耐火性など建築基準法を満たすのが難しく、実用化が進んでいません。さらに、技術的な制約やコスト面での問題も解決する必要があります。

◇建築基準法

日本では、建設3Dプリンターによる建築事例が少ない理由として、現行の建築基準法が大きな壁となっています。

建築基準法は、壁や柱などの「構造耐力上主要な部分」にモルタルを使うことを想定しておらず、建築確認手続きが複雑化しています。指定建築材料はJIS規格に適合する必要があり、モルタルはこの規定に該当しません。

結果として、材料の強度や建物全体の構造安全性を個別に評価し、国土交通大臣の認定を取得する必要があります。認定には費用や時間がかかり、手続きの煩雑さが普及の障壁となっています。

◇強度や安全性

3Dプリンターで建設された家は、日本の建築基準法が求める「耐震性」や「耐火性」の基準を満たしていません。そのため、日本で3Dプリンターを使って家を建てるには、手作業で鉄筋を挿入し、耐震性を確保する必要があります。

また、地震大国である日本では、建物には厳しい耐震基準が設定されており、3Dプリンターで造られた住宅も例外ではありません。建築基準法に適合させるためには、指定された建築材料を使用するか、国土交通大臣の特例認定を取得する必要があります。

3Dプリンター建築技術の進歩

3Dプリンター技術は建築分野での応用が進み、画期的な進歩を遂げています。特に、建築基準法に基づく国土交通大臣認定を取得した構造物が登場し、技術の実用化が現実のものとなりつつあります。

◇特殊モルタルの開発が進む

通常のモルタルでは形状保持が難しいため、構成材料から見直し、施工効率と品質を両立させる特殊モルタルが開発されました。これにより、鉄筋や鉄骨を使用せず、3Dプリンターで建設部材を製造することが可能です。

2019年には国内最大規模のシェル型ベンチを製作し、最近では地上構造部材をすべて3Dプリンターで製作する建築物が建築基準法に基づく認定を取得しました。

◇建築基準法に基づいた国土交通大臣認定を取得

あるハウスメーカーが3Dプリンター技術で建設した建築物が、国内初の建築基準法に基づく国土交通大臣認定を取得しました。この建物は、セメント系材料を使用し、日本建築センターの性能評価審査をクリアしています。

特殊モルタルや超高強度繊維補強コンクリートを使用し、鉄筋や鉄骨を使わずに強度を確保できました。少ない材料で最大の空間を実現し、通常の建築物と同様に利用できる設計です。

3Dプリンターは建設業界の課題解決にも貢献

3Dプリンター技術は、人手不足や工期短縮に効果が期待され、自動化されたプロセスにより効率的な建設が可能です。また、災害時の仮設住宅建設など多様な用途での活用も進んでおり、建設業界に革新をもたらしています。

◇人手不足の解消

3Dプリンターは製品の造形を自動化できるため、ボタンを押すだけで作業員の介入が不要になります。これにより、人手不足に悩む建設業界での生産工程の自動化が進むため、人件費の削減が可能です。

特に建築分野では、高齢化に伴い職人の数が減少し、人手不足が深刻化していますが、3Dプリンターが職人の技術を再現することで、建材の製造や建築構造の生産において人手不足を解消できます。

◇工期の短縮

3Dプリンターは24時間稼働できるため、建設プロセスの自動化や複雑な作業の簡素化が可能で、工期の短縮に役立ちます。大手建設会社は既に埋設型枠や擁壁工事に3Dプリンターを活用しており、ノウハウと資金力があれば中小企業にも普及が見込まれています。人間の手で住宅を建設する場合、休みなしで働くことは不可能ですが、3Dプリンターなら連続稼働が可能です。実際、24時間以内で住宅を建築した事例もあり、災害時の仮設住宅建設にも活用が期待されています。

3Dプリンター技術の進化が建設分野に革命をもたらしており、従来の建設法では困難だった大型建築物の建設が可能になっています。

例えば、サウジアラビアでは、地元産の材料を用いた3Dプリント可能なコンクリートで、3階建てのスマートホームヴィラが建設されました。この建物は、面積345平方メートル、高さ9.9メートルに及ぶ世界最高の3Dプリント建築です。

日本でも、この技術は建設業界で注目を集めています。特に、高知県安芸市で行われた阿南安芸自動車道の試験施工では、3Dプリンターで製作した型枠を使用して橋梁の基礎部分を造形し、工期の短縮と廃棄物の削減に成功しています。

しかし、日本においては、建築基準法が3Dプリンターでの建設を難しくしています。構造耐力上主要な部分の規定や材料の認証が障壁となり、実用化が進んでいないのが現状です。

進行中の技術革新にもかかわらず、3Dプリンターで建てられた建物が建築基準法に適合するためには、引き続き材料と技術の開発が求められます。今後、特殊モルタルの開発や超高強度繊維補強コンクリートの活用が進めば、3Dプリンター技術のさらなる実用化が期待されます。